數字化時代博物館色彩應用跨媒介一致性研究

邱麗欣 宋文雯 宋立民

（1. 清華大學藝術與科學研究中心色彩研究所，北京 100084；2. 清華大學美術學院，北京 100084）

顏色是光作用于人眼引起的除形象以外的視覺特性，是一種視覺現象。對物體的顏色進行定量、科學、準確的描述，不僅與顏色采集的準確性、照明條件、觀察條件有關，還受觀察者的視覺生理、心理等因素的影響[1]。顏色只有以人的視覺感受為前提、以準確的物理數值為基礎，才可以使顏色的一致性具有參考意義。色度學是研究顏色度量、計算的一門學科，是顏色科學領域的一個重要部分[2]，顏色的準確測量、復制和傳遞都離不開色度學的支持。

博物館色彩應用主要有博物館視覺形象設計（VI）、展陳設計、藝術衍生品設計、數字復制品、線上數字展等。色彩的應用按照呈色原理可以分為物體色（surface color）和光色（self-luminous color），其中與物體色相關的有紙張、木材和織物表面的色彩（圖1），與光色相關的有LCD（Liquid Crystal Display）、OLED（Organic Light Emitting Diode ）、CRT （CathodeRayTube）顯示器、VR（Virtual Reality）、AR（Augmented Reality）[4]、全息投影等，如圖2所示的沉浸式藝術展覽和圖3所示的VR博物館都是光色的應用。

圖1 大都會博物館色彩應用——物體色應用[3]。

圖2 數字藝術博物館——光色應用[5]。

圖3 VR博物館——光色應用[6]。

物體色是物體全部吸收或部分吸收某些波長的光、其余光經過反射或透射進入人眼的綜合感受。物體色的呈現受多種因素的影響，例如物體表面肌理、物體大小、物體材料的反射特性以及照明條件等[7]。光色呈色原理是指電磁波直接作用于人眼時，人眼對一定波長范圍內電磁波的反應。

物體色和光色由于顯色原理不同（物體色遵循減色法，光色遵循加色法，如圖4所示）呈色媒介不同及影響色彩表現因素的多樣化，呈現出顏色也會不同?？偟膩碚f，光色的屏幕顯示設備一般依靠自發光方式顯示圖文，其色域與物體色色域既有重合又有區別（圖5）。

圖4 光色、物體色顯色原理。

圖5 光色與物體色顯色色域圖。

隨著數字化及顯示技術的發展，博物館的展覽方式也發生了變化，除傳統以物體色為主的展覽方式外，光色的展覽方式呈現出顯著增加的趨勢。如VR和AR成為近年來博物館較為流行的展覽方式，佛羅里達自然歷史博物館的大尺寸AR屏幕讓游客與真人大小的猛犸象互動，如圖6所示。佛羅里達州的肯尼迪航天中心宇航員的全息影像呈現在觀眾面前，使太空漫步栩栩如生（圖7）。倫敦泰特美術館與Facebook合作創建畫作相關AR 體驗（圖8）。美國國家自然歷史博物館發布了一款“Skin & Bones”的應用程序，將 3D（Dimensions） 模型和動畫疊加到大廳中的骨骼上，這些增強功能突出動物的外表特征，吸引游客注意到動物的解剖特性（圖9）。

圖6 佛羅里達自然歷史博物館[8]。

圖7 佛羅里達州的肯尼迪航天中心宇航員的全息影像[9]。

圖8 倫敦泰特美術館AR體驗[10]。

圖9 美國國家自然歷史博物館Skin & Bones[11]。

博物館在線數字展、數字復制品也隨著數字時代的發展而發展，數字展和數字復制品是對實際展品的復制，其對色彩的準確性及視覺一致性要求更高。如荷蘭阿姆斯特丹國家博物館的藏品《倒牛奶的女仆》（維米爾）就曾在互聯網上出現色彩不一的數字復制品（圖10），引起了較大的反響。如果博物館沒有采取必要的措施來修正博物館展品的數字復制品，那么這些色彩的呈現在視覺上將會出現一些偏差，缺乏真實的體驗，也削弱博物館對相關展品的權威性，甚至會扭曲觀眾對真實展品的看法。目前互聯網中好多藝術品都存在色彩視覺不一致的現象（圖11）。

圖10 《倒牛奶的女仆》[12]。

圖11 《自畫像》和《被囚禁的獨角獸》[13]。

隨著跨媒介展示的多樣化，對顏色精確再現的需求不斷增加，確保不同媒介上的顏色外觀一致性變得尤為重要。因此，博物館色彩應用的跨媒介一致性研究具有重要的意義，尤其對于藝術畫作的色彩準確再現提供一定的理論參考。博物館色彩應用的準確性及視覺一致性離不開色度學的支持。Szucs等[14]使用色度計測量了同一藝術作品在同一顯示器不同瀏覽器上的Lab值并比較了色彩差異，得出不同瀏覽器之間的色彩顯示差異相對顯著。Song等[15]認為觀察者對明度變化更寬容，對色相變化更敏感。Giesel等[16]對不同材料的紅、黃、藍、綠4種顏色做顏色視覺匹配試驗，結果表明，屏幕上顏色的明度和飽和度都與物體的顏色有一定的差別，但色相不會發生很大的偏差，即色相不會因色彩呈現方式的不同而發生大的變化。Sunaga等[17]發現屏幕上匹配的飽和度比物體飽和度的平均值更高。Doerschner等[18]研究證實色彩的存在場景多樣化會受到周圍色彩及照明條件的影響。Kagimoto 等[19]發現顏色三刺激值相等的兩個媒介的色彩在視覺上并不匹配。顏色在不同媒介中顯示出的色彩三屬性（色相、明度和飽和度）會存在一定的差異，影響顏色跨媒介顯示的條件較為復雜，與展示媒介、外部觀察條件都有較強的關聯。關于跨媒介色彩一致性的研究以及不同媒介的顏色匹配研究目前已有較多的探索，但在比較不同媒介色彩再現是否一致時的觀察條件并沒有統一的標準。

文章從色度學的原理出發，依靠分光光度計、分光輻射亮度計等專業的色彩采集、測量設備，在一定的條件下開展跨媒介色彩一致性的試驗研究，以期為博物館跨媒介色彩應用的一致性提供一定的理論依據。

1 試驗

通過色度學試驗的方法，比較標準色卡物體色和標準顯示器光色的色彩差異。

1.1 試驗環境

整個實驗是在中性灰墻壁的標準暗室中進行，觀察者只看到顯示器發出的光（圖12）。

圖12 試驗環境。

1.2 試驗材料及準備

孟塞爾色卡（色號如表1所示）：Munsell Book of Color-Matte Edition，孟塞爾色彩公司；分光輻射亮度計：CS-2000，柯尼卡美能達控股公司；分光光度計：Datacolor650，德塔；屏幕校色儀：Datacolor spyder 4 Elite，德塔。

表1 試驗用孟塞爾色卡編號

1.3 試驗步驟

（1） 從孟塞爾色卡中分別挑選紅、橙、黃、綠、藍、紫、黑、白、灰9種顏色的色卡。

（2） Datacolor spyder 4 Elite對暗室條件下的顯示器進行色彩校正。

（3） 采用分光光度計Datacolor650分別采集不同顏色色卡的xy值（xy 表示顏色的彩色特征，如表2所示）。

（4） 用分光輻射亮度計CS-2000在保持垂直的條件下測量Datacolor650采集到的色卡圖片（圖13）的xy值，如表2所示（為避免不同圖片打開應用程序可能會帶來的色彩差異，試驗直接采用Datacolor650采集的色卡圖片作為顯示器測量色卡）。

圖13 試驗用孟塞爾色卡圖。

（5） 最后統計兩種媒介下的測量結果，并將xy值呈現在圖上進行分析。

如圖14所示，兩種媒介不同色相的色度差異可以得出孟塞爾色卡和標準顯示器所顯示色彩的色相、飽和度的差異并不顯著；可以得出物體色彩經過標準的采集、共享，可以保證色彩相對準確地呈現在顯示屏上。雖然結果顯示色彩的色相和飽和度兩個媒介間差異不大，但試驗中發現顯示器上的色彩和實物色彩在視覺感知上有一定的差別，這種差別可能是由于不同媒介之間色彩的明度不同造成的。因此針對明度的不同，開展了與色卡同等光源條件下的明度比較試驗。

圖14 物體色與顯示器顯色的色度差異。

2 明度比較試驗

色彩的明度呈現與物體所在的光源環境及觀察角度有關，因此在比較明度差異時，需要在標準光源的觀察條件下進行測量。

2.1 試驗環境

試驗是在中性灰墻壁的標準暗室中進行，將顯示器放置在標準光源D65下。

2.2 試驗步驟

（1） Datacolor spyder 4 Elite在D65光源下對顯示器進行色彩校正。

（2） 使用試驗2.1中Datacolor采集到色卡的圖片，并用CS-2000測量顯示器顯示色卡的xyz值（三刺激值，相當于紅、綠、藍三色光的比例）。

（3） 將xyz值通過公式轉換成Lab值并與Datacolor測得的Lab值進行對比。

2.3 結果與討論

對上述采集到的數據進行整理，將Lab值中的L值（明度值）呈現在表3中。

通過表3中的明度值對比可以看出，除黑色外，色卡的明度值均高于顯示器的明度值，因此，在標準的實驗觀察條件下，色卡和顯示器色彩之間的視覺差異是由于明度的差異引起的。

綜上所述，文中的試驗條件下通過準確的色彩采集和顯示可以保證色彩顯示的相對一致性。因此，在博物館進行館內跨媒體展示時，需要考慮展品的實際照明條件，采用準確的設備進行色彩采集并正確存儲，展示在經過校準的顯示器上，以確保色彩展示的相對準確性。

總之，通過合理考慮照明條件、準確的色彩采集和顯示，可以提高博物館展示的色彩準確性。

3 結論

在標準照明條件下，顯示器上的色彩在色相和飽和度方面與物體色具有一致性，但在明度方面存在差異，顯示器上的色彩明度較低。

在實際應用中，為了確保展品色彩的準確還原，可以采取一系列符合色彩管理要求的步驟。首先，使用校準過的圖像采集設備在標準光源環境下進行顏色采集，并采用無損格式傳輸數據。然后，對圖像展示的光色顯示設備進行實際光源條件下的校準，以確保色相和飽和度的準確還原。觀眾對明度要素更加寬容，因此在跨媒介色彩管理中，這種方法可以保證相對一致性。然而，如果希望更精確地控制明度要素，實現色彩的精準還原，就需要在一般的色彩管理流程中同時考慮照明環境和顯示器亮度的精確測量及調校。

盡管大多數觀眾在瀏覽博物館的線上展覽或訪問網站時使用未經過色彩校準的顯示器，甚至在不同的照明條件和瀏覽器下觀看，但文中的研究仍對一般情況下的色彩顯示具有一定的指導意義。研究結果可以作為博物館展示設計中顯示器色彩的依據，并為博物館線上展覽的色彩采集和展示提供參考。

此外，研究結果也可以作為教學和應用的基礎，為其他物體色和光色呈色原理共存的平臺提供依據。這種科學與藝術結合的研究有助于設計者更好地表達色彩，并促進色彩視覺的一致性?；谏葘W的視覺基礎，該研究可以作為色彩視覺一致性的補充，為色彩視覺一致性的應用提供理論依據。在今后的研究中，可以進一步提升和總結這些結果，以推動色彩管理和展示領域的發展。